时空信息赋能是充分释放和放大时空信息作为生产要素的价值，助力经济社会各领域的高质量发展的时代需求。当前时空信息赋能的基础研究还相对薄弱，应用即赋能的观点占主导地位，缺乏对时空信息赋能机理的深层次认知和探究，导致时空信息的内涵与外延不清，时空信息赋能的内在机理不明，制约着其科学高效赋能，亟需厘清其基本内涵、赋能机理与赋能模式等。本文针对时空信息赋能问题，梳理了时空信息的基本概念、丰富内涵和基本特征；指出熵是时空信息赋能的物理基础，熵减是时空信息赋能的内生动力；时空信息赋能的本质是以时空信息为载体，以负熵流转为动能，以不确定性转化为特征，通过人、机、物（环境）相互影响、相互作用，实现系统结构优化、效能提升的过程；并提出了时空信息作为自在信息直接赋能、作为自为信息间接赋能、转为时空知识倍增赋能3种模式；最后，探讨了时空信息赋能自然资源高质量发展的路径。
森林的准确界定和高精度森林遥感数据产品是监测和评估森林变化的重要基础。目前存在多种森林定义，基于不同定义的全球森林遥感产品亦层出不穷。本文基于土地利用和土地覆被视角，梳理不同国际环境及林业组织对森林的定义，从生长方式、林龄和郁闭度3个方面开展森林分类，梳理从单一传感器到光学与微波遥感融合的森林遥感数据集演化。从森林要素阈值、分类详尽程度和空间分辨率3个方面对比不同遥感数据集的森林定义差异，并基于验证样本、区域精度差异及数据一致性总结产品精度验证不足。认为现有森林遥感数据集的定义及精度差异制约了数据使用者对于森林变化监测。未来应基于“视角—要素—阈值”森林定义框架进一步协同森林定义，减少由于森林定义要素阈值差异导致的面积估计偏差；结合多源遥感数据及深度学习方法开发精细化森林遥感数据，并关注不同林种识别；建设森林遥感数据共享平台，通过地图可视化方式向数据使用者展示全球森林遥感数据定义、时空分辨率及在不同地区的数据精度，明晰多源森林遥感产品适用范围，提升数据可使用性。
冰川融水是营养盐与生物活性元素运移的主要载体。融水化学是研究冰川排水系统及其动态变化特征，洞悉生物地球化学循环过程，探索冰川消退与气候变化关系的重要手段。随着冰川加速消融，侵蚀风化作用日益增强，融水化学特征发生了明显变化，对下游水质水环境和生态系统可能产生显著影响。回顾了全球冰川融水中无机化学成分含量及其时空变化特征、溶质来源及其比例、化学风化与碳循环关系，发现融水化学受基岩性质、排水系统、物理化学和地形地貌等多种因素影响。未来需要加强融水无机和有机化学参数与水文气象要素的同步连续监测，评估冰川源溶质的环境生态效应，探究冰川区化学风化作用耦合机制与溶质输移和大气CO2收支的关系，为未来冰冻圈与碳循环和气候演化关系研究提供参考。
河流宽度是河流动态过程研究和水文、水动力模型的关键参数之一。传统水文测站无法观测河宽的空间分布，而卫星遥感影像可以实现河宽的大范围观测。本文选取黄河上游唐乃亥水文站以上流域作为研究区，基于Sentinel-2遥感影像，采用Google Earth Engine大数据云计算平台和RivWidth方法提取河宽，并开发了一种新的河流连通性的构建方法，提高了RivWidth的运算效率，最终生成了2019—2021年黄河源区10 m空间分辨率的逐月河流宽度数据（Monthly River Width Data, MRWD）。结果表明，本文开发的河流连通性的构建方法使得RivWidth的运算效率提高了24.7%。逐月河流宽度数据包括6.1×106个河流宽度估算值，覆盖了黄河源区2035 km的河流。与水文站点实测河宽和全球河流宽度数据河宽（Global River Widths from Landsast, GRWL）对比验证结果显示，本文新算法反演的逐月河流宽度数据的平均绝对值百分比误差、均方根误差和相对均方根误差分别为7.82%、11.62 m、8.84%。基于逐月河流宽度数据，本文发现黄河源区范围内大约有41%的河道窄于100 m，85%以上的河道宽度小于500 m，仅2%的河道宽度超过1000 m。本文生成的逐月河流宽度数据可为地表水资源管理提供重要参考依据。
为实现黄河下游游荡段游荡程度变化的定量评价，提出了游荡指数的计算方法；本文结合Landsat影像，分析了小浪底水库运用后游荡段游荡程度的变化特点及机理。研究表明，2000—2022年黄河下游游荡段整体游荡程度降低，游荡指数由0.918减至0.674，且游荡程度降低速率先快后慢。其中铁谢—伊洛河口河段和花园口—夹河滩河段游荡程度显著降低，伊洛河口—花园口河段游荡程度基本不变，夹河滩—高村河段游荡程度有所增加。此外，游荡段游荡特性演变与水沙、河床边界条件变化以及局部河势调整密切相关。从水沙条件来看，小浪底水库运用后黄河下游输沙锐减、洪峰调平，使得河道全线冲刷、流路集中，以致游荡段游荡特性减弱，且丰水年较枯水年更有利于河势归顺；从河床边界条件来看，沿程河岸约束性强的河段游荡特性趋于减弱，且河床纵向稳定性增加是游荡段游荡程度降低及降低速率减慢的因素之一；从局部河势调整的影响来看，朱寨—东坝头河段河势变化是夹河滩—高村河段后期切滩频发的重要原因。
若尔盖盆地黄土—古土壤序列较好地记录了古湖泊消失后的地表过程及演变。本文选取玛曲段黄河二级阶地欧强村剖面为研究对象，对其粒度、磁化率、总有机碳（TOC）、色度、元素等进行分析，利用光释光（OSL）方法测年断代。结果表明：① 黄河二级阶地在10 ka BP前后开始接受连续的风尘堆积，发育的黄土—古土壤序列年代由下至上依次为河流相沉积物（T2-al， >10.0 ka）→黄土（L1，10.0—8.5 ka）→古土壤（S0，8.5—3.0 ka）→现代表土（L0+MS，3.0—0 ka）。② 欧强村剖面整体上处于以斜长石风化分解为主、钾长石尚未分解的初等化学风化阶段（CIA值在48.20~63.08之间），与黄土层相比，古土壤S0风化程度有所增强（CIA值60.83），但增强程度有限。③ 10 ka BP前后，若尔盖盆地气候干冷，风沙活动盛行，平缓的阶地面上开始接受持续的风尘堆积（形成黄土L1）；8.5 ka BP前后，气候温湿，风沙活动明显减弱和风化成壤作用占主导，区域上形成了以黑灰色为特征的古土壤S0；3.0 ka BP前后，气候转为较冷干，风沙活动强烈，古土壤S0发育中断和被黄土L0所覆盖，形成了现代土壤MS。④ 若尔盖盆地黄土—古土壤序列在宏观形态、地层年代和物性参数方面与黄土高原可进行良好对比，但这些参数的绝对值和变化幅度差异显著，暗示高寒区（若尔盖盆地）这些参数的环境意义可能与季风湿润区（黄土高原）有所不同。本文可为若尔盖盆地风积物的年代学研究和环境信息的提取提供基础数据支撑。
长江上游地区承载着国家重要生态服务功能，也是国家核心增长极，但经济快速发展中的资源消耗给该地区生态系统稳定带来了巨大压力。本文基于1998—2021年长江上游地区47个研究单元面板数据，综合采用Dagum基尼系数、核密度估计、马尔科夫链、空间收敛模型等方法多维度剖析长江上游地区环境压力时空格局。研究发现，1998—2021年长江上游地区整体环境压力倒“V”型微升态势，前期增长的环境代价明显，但后期环境风险得到有效控制；环境压力呈“东高西低”与“高缩低扩”格局，偏东的三大城市化地区特别是成渝地区压力突出，但后期长江大保护政策使高环境压力范围大幅收缩；环境压力总体差异呈阶段性小幅波动态势，地区内差异、地区间净差异与超变密度趋于均衡，云南和贵州稳定存在少数高压力城市；环境压力演化由“多极分化”向“低压集中”趋势转变，前期环境压力梯度分异明显，而后期则普遍向低压力水平聚集；环境压力相对态势具有较强的稳定性，但随时间推移逐渐衰减，并存在环境压力变迁的空间渗透效应；环境压力收敛趋势强劲，空间近邻效应对环境压力趋同有加速作用，后期环境政策趋紧使收敛进程疾速缩短。本文可为筑牢长江上游生态安全屏障提供决策支持。
史前城址作为早期城市演化的关键组成部分，与气候、地貌以及水文等区域环境因素密切相关。然而，目前的研究在考虑史前城址相关的区域环境因素方面存在不足。本文基于长江中游地区典型遗址走马岭古城的上津湖钻孔沉积记录和完整的年代框架，结合元素地球化学等气候代用指标分析，重建了中晚全新世走马岭古城遗址的区域沉积环境演变过程，并探讨了其与人类活动的关系。研究发现：① 6.4—5.3 ka BP期间，CIA、Rb/Sr、Mn/Ti值总体较高，Be、Saf值呈相反趋势，指示气候较温暖湿润。此时屈家岭下层文化时期的先民在走马岭修建城址。② 5.3—4.7 ka BP期间，CIA、Rb/Sr、Mn/Ti值上升至峰值，气候暖湿。稻作农业得到发展，屈家岭文化在走马岭古城达到鼎盛。其中4.7—4.6 ka BP期间，粒度参数异常上升，指示古城发生强降水导致的洪水事件。③ 4.7—4.2 ka BP期间，气候转向凉干，古城的石家河文化逐渐衰落。④ 4.2—2.4 ka BP期间，CIA、Rb/Sr、Mn/Ti值降至最低，气候变凉干，古城在3.9 ka BP被废弃。⑤ 2.4—0.3 ka BP期间，CIA和Rb/Sr值回升，Saf和Be值下降，气候回暖。0.8 ka BP左右，上津湖形成。0.3—0.1 ka BP期间，CIA、Rb/Sr值大幅降低，Be和C/N值异常升高，指示在明清小冰期的鼎盛期，走马岭气候寒冷干旱。但是当时围垦等人类活动频繁，初级生产力高。走马岭古城的城内水源主要依赖东南侧的蛇子岭水体，雨季时打开西水门，洪水通过壕沟排入上津湖。旱季时关闭西水门，靠城外蛇子岭水体引水供城内用水。后期气候转向凉干时，水体枯竭导致走马岭古城的壕沟系统失去作用，古城被废弃。
近200年来青藏高原湖泊生态系统对气候变暖的响应研究多集中在深水湖泊，而对大量浅水湖泊生态系统的研究较为匮乏。本文以青藏高原东南部浅水湖真布错为研究对象，通过对沉积物柱芯的210Pb、137Cs测年和高分辨率硅藻鉴定分析，重建该湖过去200年来硅藻属种组合变化，并结合沉积物总有机碳（TOC）含量、总氮（TN）含量、碳氮比（C/N）等指标，探讨湖泊生态系统对气候变化等因素的响应。结果显示，1820—1950年硅藻组成中水生植物附生种Encyonema lange-bertalotii的百分含量较高，表明真布错水生植物较繁盛，湖水透明度高。1950年以来，硅藻组合发生了突变，附生种Encyonema lange-bertalotii的百分含量快速下降，耐低光照的small Fragilaria成为优势属，表明水生植物衰退，湖水透明度降低；同时TOC和TN含量升高，C/N减小，指示湖泊生产力和营养水平升高，藻类在湖泊有机质中占比增加。气温快速升高、降水量增加（冲刷流域更多营养物质进入湖泊）和人类活动增强（流域内出现新建寺庙）可能共同导致湖泊生产力升高，藻类繁盛，水生植物衰退，水体透明度下降，最终引起硅藻群落的突变。因此，在青藏高原气候暖湿化背景下，浅水湖泊可能面临生态系统的转变，未来应该加强该类湖泊的监测与保护。本文记录的高原浅水湖泊生态系统突变时间与中国和全球其他地区基本一致，这也为确定人类世的地层标记提供了新的证据。青藏高原湖泊可以作为研究人类世的天然实验室。
厘清河流花粉现代过程是重建流域古环境的基础。尽管学界较早开展了河水花粉研究，但花粉进入河流之后如何传输、受何种动力影响等问题尚不清楚。本文选取黄河中下游干、支流布设采样断面，在丰水期采集河水和沉积物样品开展花粉分析，采用地理探测器等研究方法，探究花粉分布特征及影响因素。结果表明：① 不同流域植被组成不同，花粉类型百分比和浓度存在较大差异，河水干流花粉浓度大于支流，而沉积物花粉百分含量与浓度干流普遍低于支流。② 悬浮物浓度是影响河水花粉含量的主要因素，且在晋陕峡谷之外的样点表现尤为突出；粗沙多、流速快可能是导致晋陕峡谷干流悬浮物浓度高而花粉浓度低的原因。③ 黏粒含量是影响沉积物花粉含量的主要因素，且黏粒分别和粉砂、流速交互作用的影响更为突出；黄河出晋陕峡谷后沉积物花粉含量明显增加。④ 水库前后河水和沉积物花粉浓度变化分别与悬浮物和黏粒一致，相较于水样，水库后沉积物花粉浓度减少更为明显。⑤ 河流花粉与表土花粉有良好的对应关系，能较好的反映流域整体植被面貌。研究结果可为利用冲积物或者有河流注入的湖泊花粉开展古环境重建提供支撑。
乡村聚落与耕地作为描述乡村发展的重要子系统，两者互利共生对于乡村可持续发展至关重要。在甘肃省环境异质性背景下，以1384个乡（镇）为研究单元，引入共生理论构建乡村聚落与耕地共生框架，构建乡村聚落、耕地、共生环境评价指标体系，借助Lotka-Volterra模型识别其共生模式。新一轮国土空间规划背景下，借助SD-FLUS耦合模型对比分析2035年惯性发展情景（BD）和规划发展情景（PD）下共生模式演变趋势。研究发现：① 2000—2020年甘肃省乡村聚落、耕地发展水平呈先增后减趋势，共生环境容量呈持续下降趋势；五大农业区划3个指标差异显著，河西灌溉农业区（IA）具有明显发展优势。② 2000—2020年甘肃省乡村聚落与耕地共生模式整体呈互利共生向互害共生转变，互利共生占比由59.80%下降至38.97%；区域间主导模式差异显著，高寒牧区（AP）、陇南山地农业区（MA）、IA以互利共生为主，陇中旱作农业区（DA）、陇东雨养农业区（RA）分别以聚落偏害、耕地偏利为主；2000—2020年各区域主导模式均趋于多元化且呈现出由互利共生向互害共生转移的发展共性。③ 不同情景下共生模式差异显著，BD情景下五大区域延续历史粗放发展模式，互利共生模式占比均持续减少，而PD情景下因共生单元、环境容量水平的提升，共生模式向互利共生进化。
上海作为中国近现代城市化最为显著的城市之一，自1843年开埠以来城市格局与空间范围变化巨大，重建并分析其扩张过程，对于深刻理解上海乃至中国城市化进程具有重要意义。本文通过收集1843—2020年上海城市旧地图、中华民国（1912—1949年）地形图、解密卫星影像、遥感数据等多源多精度城市空间数据，分别提取城市建成区信息，重建了开埠以来建成区时间序列，研究了上海开埠以来的城市扩张时空过程及机理。结果表明：① 1843—2020年上海建成区面积增长了约1453倍，扩张速率、扩张强度发生了剧烈变化；② 紧凑度随着时间推进不断下降，分形维数则随着时间变化呈现出了一定的周期；③ 建成区重心位置呈现出先向北后向南发展的趋势，其中最主要的扩张方向为西南及南偏西；④ 优越的自然位置奠定了上海被选为开埠城市发展的先决条件，社会变迁及政策驱动作为最根本的驱动力决定着城市在不同阶段发展的最主要方向，产业经济发展、人口迁移、交通发展等多因素也在复合影响着这一时空过程。本文廓清了上海自开埠以来的城市扩张过程及机理，为更深刻理解城市变迁、人地关系演变提供历史知识与科学支撑；同时，中华民国地形图、解密影像等覆盖范围广、制作精度高的历史资料，可作为百年尺度研究的历史基础数据，对更长时序研究具有重要的启发意义。
生态风险、生态系统健康和生态系统服务是描述区域生态安全的关键特征。生态风险和生态系统健康分别代表生态系统的压力侧和状态侧，二者相互作用共同影响着生态系统服务。鲜有研究将生态风险、生态系统健康和生态系统服务联系起来分析三者之间的影响机制。本文选择淮河流域为研究区，通过InVEST模型和最大熵模型从空间上量化生态系统的供给服务、调节服务和文化服务；采用增强回归树算法和结构方程模型探究生态风险要素（自然灾害风险、人类活动风险和景观格局风险）和生态系统健康要素（活力、组织力和恢复力）对不同生态系统服务类型的影响程度和路径。结果表明，2020年淮河流域的生态系统供给服务、调节服务和文化服务的空间异质性明显，三者整体处于较低等级水平。区域生态安全特征之间的作用路径包括生态风险→生态系统服务和生态风险→生态系统健康→生态系统服务，其中活力对供给服务的直接正向影响较大，但恢复力的直接抑制作用更为明显，相对重要性为32.79%；恢复力对调节服务的直接促进作用最强，相对重要性为70.52%，其次是人类活动风险的间接抑制作用；人类活动风险对文化服务具有最高的直接正向影响和较弱的间接负向影响，相对重要性为55.40%。研究结果有助于深化人们对生态风险、生态系统健康与生态系统服务之间内在关系的认识，为区域生态系统管理和决策提供科学依据。
加深对城乡居民热舒适状况的理解对于改善户外热环境具有重要意义。本文以生理等效温度（PET）为评价指标，基于ERA5-Land再分析数据，量化了2000—2020年夏季中国101个城市沿城乡梯度（核心区—拓展区—农村）的热舒适状况，并运用Sen斜率估计、Mann-Kendall显著性检验及地理探测器等方法，探讨了城乡热舒适的梯度特征及其驱动因素变化。结果表明：① 核心区的平均PET水平（29.89 ℃）略高于拓展区（29.86 ℃），远高于农村（28.94 ℃），各梯度中PET较高的城市均主要位于京津冀和长江中游地区。② 2000—2020年PET呈现上升趋势，其中核心区和拓展区上升速度均达到0.24 ℃/10a，农村为0.22 ℃/10a。③ 以植被覆盖度为主的自然因素和以人口密度为主的社会经济因素分别是决定核心区及农村PET的关键，而拓展区PET的驱动因素则不稳定，植被和不透水面覆盖度的作用日益增强。在PET上升的背景下，更多居民暴露于不适环境中，为应对热环境问题提出了新的挑战。未来需要开展更多的城乡热环境研究，为热适应策略的制定提供更为精准的建议。
提高生态福利绩效是实现经济可持续发展、推进经济社会全面绿色转型的必要条件。本文围绕居民福利和生态消耗构建了能够量化评估中国生态福利绩效的方法，并在此基础上利用ST-LMDI模型对中国各省份及8个经济区的生态福利绩效进行时间分解和空间分解，拓展当前对生态福利绩效驱动因素分解的研究。研究结果表明，2001—2020年中国生态福利绩效呈现出先升后降的变动趋势，空间上具有显著的地区差异性。其中沿海地区社会经济结构和民生性财政支出具有更高优势，生态福利绩效处于较高水平，且表现出空间溢出效应。引入社会效益、经济效益、人口分散度、建成区人口密度、城市化规模和生态可持续能力6个因素探索其对生态福利绩效的驱动作用，发现时间和空间分解结果表现出显著差异。基于时间分解结果，经济效益和城市化规模为促进生态福利绩效提升的主要因素，人口分散度是抑制生态福利绩效增加的主要因素。但从空间分解结果看，决定各省生态福利高于均值的驱动因素在不同时期内存在区域差异和动态变化特征。综合考虑时间和空间分解结果，全面把握经济增长、生态保护和居民福利提升的关系，有助于为地方政府制订并实施差异化政策提供参考。
